海带工业中甘露醇的纳滤膜渗滤纯化研究——工艺参数对纳滤提取甘露醇的影响.pdf

第29卷第2期
海洋技术
Vol 29. No. 2
2010年6月
OCEAN TECHNOLOGY
June, 2010
海带工业中甘露醇的纳滤膜渗滤纯化研究
一工艺参数对纳濾提取甘露醇的影响
夏仙兵,蔡邦肖12
(1.浙江工商大学食品与生物工程学院膜科学与工程研究所,浙江杭州310035;
2.浙江司大膜工程有限公司,浙江杭州310012)
要:基于聚酰胺(PA)膜一甘露時(M)-NaCL体系分高机理的研究,以及納滤(NF)膜处理海带废水的前期实验,
采用中试规模的NF膜分高装量,系统地进行海带慶水中M的NF提取工艺实验。结果表明,影响NF膜分离的エ艺
参数主要是液中的M淑度和NaCI浓度以及操作压力和操作温度。NF分寫单组分M水溶液时,渗透通量(の校
高,M薇留率(Rw)大于80%。NF分高M-Nal混合物水溶液时,Rw值稳定在75%-80%,J值稳定在13Ln2h。当料
液中NaI浓度(Crs)分别为0.2wt%和0.8w%时,NaI遗过率(S)分别约达50%和70%。比较两支NF组件的渗
透性和选择性,1#优于2排。实验结果与优先渗遗和空问位阻的集成效应传质机理预测的相一致。这种新型的去除
NaCl和浓绵M双重效果的NFエ艺,可以为NF膜纯化提取海带工业中甘露蹲的工程应用提供实践基融。
类键词:海带;甘露;废水;納滤;膜分寓;纯化;提取
中图分类号:P74,0631.2
文献标识码;B
文章编号:1003-2029(2010)02-0085-05
1前言
2实验部分
提取海带工业废水中的高价值副产物甘露醇(M),可以2.1材料与仪器和设备
减少污染物排放量,降低对环境的污染,提高海带生产效益。
甘露醇(M),NF膜的技术指标,以及其他仪器设备均与
已有研究表明,对于小分子量有机物和无机盐混合物溶液的文献7的相同。图1为自行设计组装的实验用NF膜分离成
分离,纳滤(NF)膜分离技术替代传统的方法,可以带来生产套化中试装置流程。
工艺的创新。
在提取经预过滤工艺除杂和大分子胶后的海带深加工
废水中质量浓度约2%的M过程,必须去除质量浓度在0.5%
@②②
左右的Na。本文在对PA膜-M-NaCl体系特征的分析,优
先渗透和空间位阻集成效应机理的研究,以及NF膜处理海
带废水的初步实验基础上,采用中试规模的国外厂商的NF
卷式膜组件,系统研究海带加工废水中M的提取工艺与膜
分离性能的相关性,考察不同料液体系即单组份M水溶液
及M-NaCL混合物水溶液时的NF分离效果,为海带废水中
的盐分脱除、甘露醇纯化浓缩的新型生产工艺提供依据。
图1纳中试实验装工艺流程图
收稿日期:2009-12-22
2.2实验料液与纳滤操作
基金项目:国家科技支撑计划资助项目(2007BAD62B05;浙江工商
实验料液为模拟海带加工废水,分为单组份的甘露醇
大学研究生创新基金项目(11101508073)。
(M)水溶液,双组分的M和NaCl(S)混合的M-S混合物水溶
作者简介:夏仙兵,男,食品科学硕士研究生.研究方向:新型分离膜液。如无特别说明,设定的实验操作条件为;对单组份的M
及其应用工程。
水溶液实验时,料液(F)中的M质量浓度(Cy)1.0wt%,料液
通讯作者:蔡帮肖,男,新江工商大学教授,-mil: caibangxia13.流量(V)980Lh,操作压力(P)0.7MPa,操作温度(T)16℃。
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万方数据
海洋技术
第29卷
对M-S混合的水溶液进行M截留率和NaC透过率实验时,没有导致由于进料流量的变化使膜的渗透通量和截留率下
料液中的C和NaCl质量浓度(Cs)分别为1.0mwt%和0.6降。然而,两支膜组件的Rw值和J值的大小变化如同图2
w%,P为1.0MPa,其余的均与单组份的M水溶液实验时的的进料浓度的影响一样,2#膜略高于1#膜。
相同。
如图1所示,实验过程通过阀门的调节,可以将两支不
同型号的NF膜组件进行并联或串联运行,并进行膜的周期
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性清洗。通过料液箱的加热系统或冷却系统,调节实验料液
的温度。通过取样阀,可对两支膜组件的浓水和产水即渗透
液(P)进行分别取样操作。通常在设定的条件下,待系统稳定
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运行至少0.5h后,开始取样分析。
20
2.3纳滤性能表征
纯化和浓缩甘露醇的NF膜分离是料液中的盐分和水渗
透过膜,甘露醇被截留的过程。水样中的M和NaCl的质量
浓度分别采用高碘酸氧化比色法和电导法测定。在分别测得
F和P中的M质量浓度(Cx和Cp),NaC质量浓度(Cps和
图2原料液中甘醇浓度对纳滤性能的影响
Cs),计算出甘露醇截留率(Rw)和NaC透过率(Swa),以及
依据在给定的时间()内从单位膜面积(A)上收集到的样品
水体积(V)得到滲透通量()。实验分离的性能指标计算式
?
见文献?。相关参数中用下标1和2分别表明为1#和2#膜
组件的性能。
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3结果与讨论
20
3.1甘露醇水溶液的纳分高
10
NF分离性能受到膜的微结构、荷电性和化学性等膜特
性影响的同时,将十分明显的受到操作参数的影响。
101112
v×10°CL)
3.1.1料液中甘露醇浓度的影响
水溶液中甘蕗醇的浓度随海带生产工艺及其废水排放
图3进料流量对纳滤性能的影响
方式的不同而有较大差别。因此,依据海带废水中通常的有
机物浓度,设计实验料液中Cm值范围为02w%-30w%。图233操作压力的影响
列出了对不同料液浓度的实验结果。
NF是压力驱动过程。提高NF膜的传质推动力,要提高
图2表明,当Cm值逐渐增大时,两支NF膜的R和J操作压力,以获得校高的分离效果。然而,提高操作压力,将
都下降,Rw值从料液浓度较低时的90%左右下降到低于
增加能耗。对于一个水溶液的分离体系,膜的水力学滲透
80%。2膜的R值略高于1膜的同时,#膜的值下降尽性J与操作压力P的关系表明,纯水捨透系数ムp和膜的反
管比1#膜迅速,但始终比1#膜高出3倍左右。结果显示的
射系数。以及渗透压△都不变时,影响膜的操作参数是膜
进料浓度对R的影响要小于对J的影响,与NF分离单糖混两侧的压力差AP。对于稀溶液以及无解离物质的水溶液,G
合物溶液的较一致,NF的R、和J随料液中溶质浓度变化与和ヶ都可忽略。对于聚酰膜,根据操作压力与纯水渗透系
滤饼过滤模型的相类似。可以认为,料液浓度增高,即提高数的平均值的线性关系计算得到的p值为一定值(2,71x10°
了膜一液界面的浓度,导致截留率降低,同时造成了膜面溶质
m/sbar)"。由此可见,稀甘露醇水溶液的纯化浓缩,NF的渗
的累积,分离过程的推动力减少,而且累积的有机物溶质的透通量与操作压力的关系必然是一条直线。实验结果如图
压实,导致滤饼孔度降低,渗透通量下降。
4,当操作压力增大,Rw值略有增加,J值呈直线上升。分离性
3.1.2进料流量的影响
能随操作压力增加而线性变化是NF分离中性溶质水溶液的
膜面的良好水力学性能,是维持分离膜具有良好分离性
共有规律。图4也显示,随着操作压力的升高,1#和2#膜